Вычислительная система, её структура и характеристика элементов

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ

 

Факультет экономики и права

Специальность 08010767 « Налоги и налогообложение»

Кафедра математических методов и информационных технологий

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Информатика»

 

 

 

 

 

Студент	__________________________	Пупкин
Группа 611-СЗ	подпись
	__________________________
	дата
Научный руководитель	__________________________	Е.В.  Рейман
	подпись
	__________________________
	дата

 

 

 

 

Хабаровск 2010

 

ПЛАН:

Задание №1. Вычислительная система, её структура  и характеристика элементов.

Задание №2. Работа с системой счисления. Перевод  чисел из десятичной системы в двоичную систему счисления.

Задание №3.

3.1. Задача  на сумму получения кредита.

3.2. Задача  на сумму положенную в банк  под 10% годовых.

Задание №4. Работа с базой данных (СУДБ) ACCESS. 
ЗАДАНИЕ №1

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, ЕЁ СТРУКТУРА И ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТОВ

 
 Вычислительная система (ВС) - это взаимосвязанная совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки информации. Иногда под ВС понимают совокупность технических средств ЭВМ, в которую входит не менее двух процессоров, связанных общностью управления и использования общесистемных ресурсов (память, периферийные устройства, программное обеспечение и т.п.). К ресурсам вычислительной системы относят такие средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный квант времени. Основными ресурсами ВС являются процессоры, области оперативной памяти, наборы данных, периферийные устройства, программы. Под вычислительной системой (ВС) будем понимать совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для подготовки и решения задач пользователей. Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку. Создание ВС преследует следующие основные цели: повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных, повышение надежности и достоверности вычислений, предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.

Универсальный способ создания высокопроизводительных и высоконадежных вычислительных систем – объединение ЭВМ (процессоров) в многомашинные (многопроцессорные) комплексы, обеспечивающие:

1. параллелизм процессоров управления, доступа к данным и обработки;
2. распределенность процессоров управления, доступа к данным и обработки между модулями системы, т. е. децентрализированность управления работой системы и асинхронность взаимодействия процессоров и модулей;
3. перестраиваемость структуры с целью адаптации системы к потребностям задач в ресурсах и повышения устойчивости к отказам элементов;
4. открытость, т. е. возможность развития системы за счет подключения к ней дополнительных модулей без изменения принципов функционирования имеющихся модулей;
5. модульность технических и программных средств и регулярность (в пределе – однородность) структуры.

Параллелизм вычислительных процессов и процессов управления создает основу для повышения производительности системы. Распределенность процессов позволяет строить высокопроизводительные системы из достаточно простых модулей, например из микро-ЭВМ с относительно небольшим быстродействием н ограниченной емкостью памяти. Перестраиваемость структуры обеспечивает, с одной стороны, высокую производительность системы за счет ее адаптации к вычислительным процессам и составу обрабатываемых задач и, с другой стороны, живучесть системы при отказах элементов. Открытость системы позволяет в рамках фиксированной архитектуры создавать системы разной производительности за счет изменения числа модулей от единиц до десятков, сотен и, возможно, тысяч. Модульность технических и программных средств существенно упрощает разработку и производство элементов системы, за счет чего снижается ее стоимость, а также порождает регулярность структуры и, следовательно, упрощает управление системой (процессами и ресурсами) и ее эксплуатацию.

В последние десятилетия ведутся интенсивные исследования в области создания параллельных распределенных открытых многомодульных систем с перестраиваемой структурой, на основе которых разработано большое число экспериментальных и рабочих систем повышенной производительности и надежности. Архитектура систем с рассматриваемыми свойствами имеет особое значение для использования микро-ЭВМ в качестве элементной базы. Возможность неограниченного объединения микро-ЭВМ в системе, эффективно адаптирующиеся к потребностям задач, позволила бы решить многие проблемы, в том числе обеспечить пользователей высокопроизводительными средствами обработки числовых данных, графической информации и изображений. Однако для создания таких систем необходимо решить комплекс проблем системного управления, представляющих собой программно-аппаратурную надстройку над базовыми микро-ЭВМ. Среди этих проблем важнейшими являются:

1. структурная организация систем, обеспечивающая образование ансамблей процессоров, запоминающих устройств и каналов обмена данными, соответствующих потребностям вычислительного процесса, при умеренных затратах ресурсов на их организацию и координацию;
2. организация вычислительных процессов, обеспечивающая их параллелизм, распределение по системе модулей и координацию асинхронно выполняемых подпроцессов при умеренных издержках;
3. создание языков высокого уровня, описывающих алгоритмы в системно-независимой форме и сохраняющих представление о параллелизме вычислительного процесса.

Структура ВС - это совокупность комплексируемых элементов и их связей. В качестве элементов ВС выступают отдельные ЭВМ и процессоры. В ВС, относящихся к классу больших систем, можно рассматривать структуры технических, программных средств, структуры управления и т.д. Существует большое количество признаков, по которым классифицируют вычислительные системы: по целевому назначению и выполняемым функциям, по типам и числу ЭВМ или процессоров, по архитектуре системы, режимам работы, методам управления элементами системы, степени разобщенности элементов вычислительной системы и др. Однако основными из них являются признаки структурной и функциональной организации вычислительной системы.

Структурная организация. Вычислительные системы с перестраиваемой структурой строятся на основе микропроцессорных модулей. Модуль должен реализовать следующие функции: 1) обработку данных, сводящуюся к обработке логических значений, числовых значений, представленных в виде целых и действительных чисел, и строк символов; 2) управление вычислительным процессом, обеспечивающее взаимодействие модуля с ансамблем модулей, реализующих процесс, и с системой в целом; 3) установление соединений с другими модулями и передачу данных между ними для обеспечения вычислительных процессов. С учетом указанных функций модуль вычислительной системы рассматривается как совокупность трех процессоров (рис. 2.15): обрабатывающего (ОП), управляющего (УП) и коммутационного (коммуникационного) (КМ). Коммутационный процессор обеспечивает обслуживание нескольких (обычно двух – шести) каналов передачи данных. Физически модуль может реализоваться на основе одной микро-ЭВМ, выполняющей в мультипрограммном режиме функции обработки, управления процессами и передачи данных, или па основе нескольких микропроцессоров, между которыми разделяются выше перечисленные функции.

Организация вычислительных процессов. Основные проблемы организации вычислений в системах с перестраиваемой структурой связаны с обеспеченном параллелизма вычислений и распределенного децентрализованного управлении процессами и ресурсами. Эти проблемы разработаны только в первом приближении, и известные способы организации параллельных вычислений в распределенных системах с децентрализованным управлением еще не достигли необходимого уровня универсальности и формализации. Параллельная обработка задач, т. е. мультипрограммный режим функционирования системы, обеспечиваемся достаточно простыми средствами. После ввода задания в систему модуль, принявший задание, посылает через коммутационное поле запрос на поиск свободного обрабатывающего модуля. Когда свободный модуль найден, ему посылается задание, определяющее имена наборов данных, в которых размещается программа, исходные данные и в которые должны быть помещены результаты вычислений. Из задания и программы модуль получает сведения о ресурсах, необходимых для выполнения задания: емкости операционной памяти, числе процессоров и неразделяемых наборах данных. Модуль закрепляет за собой необходимые ресурсы, и после обеспечения задания требуемыми ресурсами инициируется процесс выполнения задачи. По завершении обработки ресурсы освобождаются и в дальнейшем предоставляются очередным заданиям. Число процессов, реализуемых параллельно, определяется числом модулей, входящих в состав системы, и при наличии очереди заданий производительность системы пропорциональна числу модулей.

Параллельные программы строятся традиционными способами: выделением подзадач и ветвей программы, операций над векторами и матрицами и организацией конвейерной обработки данных. Наиболее просто реализуются вычисления с выделением подзадач н параллельных ветвей. При возникновении ветви в ведущей программе модуль посылает запрос на поиск свободного модуля, в который загружается программа и данные ветви, и ветвь выполняется как самостоятельная задача, по завершении которой в ведущий модуль отсылаются результаты обработки. Параллельные вычисления по конвейерной и матричной схемам организуются за счет создания соответствующих конфигураций связей между модулями – линейных (кольцевых) и матричных структур. Построение таких структур в многомодульных системах, в которых часть модулей занята выполнением ранее созданных задач, является пока нерешенной проблемой. Обычно для матричных вычислений в систему встраивает в качестве специального модуля матричный процессор, обеспечивающий высокопроизводительную обработку блоков данных.

В вычислительной системе с перестраиваемой структурой должно быть реализовано распределенное (децентрализованное) управление ресурсами. Это означает, что в системе не должно быть выделенного модуля (даже многократно зарезервированного), на который возложена задача централизованною управления функционированием системы. Распределенное управление основано на согласованной работе всех модулей системы, каждый из которых реализует одинаковый набор правил управления, обеспечивающий эффективное использование всех ресурсов системы. Распределенное управление повышает надежность системы, поскольку каждый модуль способен реализовать управление ресурсами и процессами, и одновременно повышает производительность системы, так как управляющие решения формируются без затрат времени на сбор информации о состоянии всех элементов системы (а за это время ситуация в системе может существенно измениться).

По назначению вычислительные системы делят на универсальные и специализированные. Универсальные ВС предназначаются для решения самых различных задач. Специализированные системы ориентированы на решение узкого класса задач. Специализация ВС может устанавливаться различными средствами:

По типу вычислительные системы различаются на многомашинные и многопроцессорные ВС. Многопроцессорные вычислительные системы (МПС) строятся при комплексировании нескольких процессоров

По степени территориальной разобщенности вычислительных модулей ВС делятся на системы совмещенного (сосредоточенного) и распределенного(разобщенного) типов. Обычно такое деление касается только ММС. Многопроцессорные системы относятся к системам совмещенного типа. Более того, учитывая успехи микроэлектроники, это совмещение может быть очень глубоким. При появлении новых СБИС (сверхбольших интегральных схем) появляется возможность иметь в одном кристалле несколько параллельно работающих процессоров.

По методам управления элементами ВС различают централизованные, децентрализованные и со смешанным управлением. Помимо параллельных вычислений, производимых элементами системы, необходимо выделять ресурсы на обеспечение управления этими вычислениями. В централизованных ВС за это отвечает главная, или диспетчерская, ЭВМ (процессор). Ее задачей являются распределение нагрузки между элементами, выделение ресурсов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействия. Централизованный орган управления в системе может быть жестко фиксирован или эти функции могут передаваться другой ЭВМ (процессору), что способствует повышению надежности системы. Централизованные системы имеют более простые ОС. В децентрализованных системах функции управления распределены между ее элементами. Каждая ЭВМ (процессор) системы сохраняет известную автономию, а необходимое взаимодействие между элементами устанавливается по специальным наборам сигналов. С развитием ВС и, в частности, сетей ЭВМ интерес к децентрализованным системам постоянно растет. В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управления. Перераспределение функций осуществляется в ходе вычислительного процесса исходя из сложившейся ситуации.

По принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ (процессорами) различают системы с жестким и плавающим закреплением функций. В зависимости от типа ВС следует решать задачи статического или динамического размещения программных модулей и массивов данных, обеспечивая необходимую гибкость системы и надежность ее функционирования.